Inhoudstafel Wisselstroommotoren

Transcriptie

1

2 Inhoudstafel Inhoudstafel... 2 Asynchrone motor... 3 Driefasig (inductiemotor, draaistroommotor)... 3 Dahllandermotor... 6 Enkel fasig... 6 Kortsluitankermotor... 7 Sleepringankermotor... 7 synchrone motor... 8 Driefasig (inductiemotor, draaistroommotor)... 8 Enkelfasig... 9 met hulpwikkeling, condensator en centrifugaal... 9 met hulpwikkeling, condensator en thermisch relais... 9 Eénfasemotor met hulpwikkeling en condensator Eénfasemotor met lage spanning hulpwikkeling en condensator Stappenmotor Unipolaire type Bipolaire type Steinmetz schakeling Spleetpoolmotor (asynchroon & synchroon) Bijlages Bijlage 1 : Cycloconverter Bijlage 2: Lorentzkracht Bijlage 3: Wet van Lenz Wisselstroommotoren

3 Asynchrone motor Driefasig (inductiemotor, draaistroommotor) De stator van een draaistroommotor bestaat uit minimaal drie identieke spoelgroepen. Elke spoelgroep bevat de spoelen van bij elkaar horende polen. De spoelgroepen, ook wel fasewikkelingen genoemd, worden voorzien van dezelfde wisselspanning, maar met faseverschillen van 120 graden. Bij een tweepolige motor, d.w.z. één paar polen per spoelgroep, maken de overeenkomende polen in de drie spoelgroepen hoeken van 120 graden met elkaar. Bij een 4-polige motor zijn er twee paar polen per spoelgroep. De hoek tussen de overeenkomende polen is dan 60 graden. Door het faseverschil tussen de spoelgroepen bereiken de polenparen na elkaar hun maximale magnetische veld. Daardoor ontstaat er een draaiend magnetisch veld, draaiveld genoemd. Fasewikkelingen kunnen in ster of in driehoek worden aangesloten. Bij de sterschakeling zijn de 3 fasewikkelingen op één punt (het sterpunt) aan elkaar gekoppeld. Kijkend vanuit 2 fasen van het voedende net staan er in feite 2 wikkelingen in serie. Dit betekent dat de spanning per wikkeling lager is dan de spanning tussen 2 fasen van het voedende net. Bij de driehoekschakeling staat iedere fasewikkeling tussen 2 fasen van de aangesloten draaistroom wisselspanning. Dan wordt dus per wikkeling wel de volledige fasespanning aangelegd. Het verschil in deze aansluitmogelijkheid kan worden benut bij het aanlopen van een asynchrone draaistroom motor. Bij de ster-driehoekschakeling worden bij het aanlopen allereerst de wikkelingen in ster geschakeld en na enige tijd in driehoek. Door de aanvankelijke serieschakeling zal de aanloopstroom van de motor aanzienlijk worden gereduceerd. Deze omschakeling kan handmatig worden gedaan of door middel van een sterdriehoekautomaat. Het draaiende gedeelte (de rotor of het anker in het geval van de asynchrone kooirotormotor), bestaat uit een kooi van grote staven die aan de uiteinden zijn kortgesloten door een grote ring. (vandaar kortsluitankermotoren). De ruimte tussen de kooi is opgevuld met een weekijzerpakket. In de staven lopen zeer grote stromen die tegen het statorveld in een tegenveld opwekken waardoor de rotor gaat draaien. De rotor probeert dit draaiveld te volgen (volgens de wet van Lenz probeert de rotor het draaiveld te ontwijken door mee te draaien in de richting van dit draaiveld). In tegenstelling tot de synchrone motor, blijft de draaisnelheid van de rotor achter bij die van de stator. Daarom spreekt men hier van een asynchrone motor, a- synchrone=niet synchroon. Het verschil in draaisnelheid tussen de rotor en de stator wordt de slip genoemd. Een asynchrone motor kan niet werken zonder slip. Het is namelijk de slip die de rotorfrequentie bepaalt. Zonder slip is de rotorfrequentie nul. De rotorfrequentie is de draaiveldfrequentie minus het rotortoerental. Er moet stroom (en daarmee veld) worden opgewekt in de rotor om een veld op te wekken tegenwerkend ten opzichte van het statorveld, anders kan de asynchrone motor niet draaien. Bij het aanzetten van de asynchronemotor is de rotorfrequentie maximaal. Slip wordt berekend met de volgende formule: g = nr/ns (of ook wel g = (1-nr/ns)x100% ) Wisselstroommotoren

4 met g = slip in facor of %, nr = toerental rotor in omw/min; ns = toerental stator in omw/min Als de rotor langzamer draait dan het draaiveld, is de slip positief. Als rotor en draaiveld even snel gaan is de slip 0. Staat de rotor stil, maar is het draaiveld in beweging dan is de slip 1. Als de slip hoger dan 1 is, draait de rotor in tegenovergestelde richting van het draaiveld. Dit heet 'tegenstroomremmen'. Een positieve slip kost elektriciteit: hoe hoger de slip, hoe hoger het stroomverbruik. De slip wordt soms uitgedrukt als: Om een motor af te remmen moet de rotor sneller draaien dan het draaiveld. De slip is nu negatief. Een negatieve slip wekt elektriciteit op: hoe hoger de negatieve slip, hoe meer stroom er wordt opgewekt. Dit principe wordt gebruikt bij het elektrodynamisch remmen bij bijvoorbeeld treinen. Als de opgewekte energie niet kan worden teruggevoerd, zal deze verbruikt worden in remweerstanden. Daarnaast worden asynchrone motoren als asynchrone generator in bepaalde type windturbines gebruikt voor het opwekken van elektriciteit. Voorwaarde hierbij is wel dat de windturbine altijd gekoppeld moet zijn aan het elektriciteitsnet, omdat er anders geen draaiveld (dus geen magnetisch veld) aanwezig is. Het toerental van een draaistroommotor wordt (bij motorbedrijf) bepaald door de frequentie van de driefasenspanning. Met een frequentieregelaar kan, binnen zekere grenzen, elke gewenste frequentie van 10% tot 200% van 50 Hz en daarmee elk gewenst toerental ingesteld worden. Een nadeel is dat bij hogere frequentie de verliezen in de motor steeds groter worden omdat het ontwerp van de motor optimaal is bij slechts een beperkt frequentiegebied. Nadeel is ook dat bij toerentalreductie onder nominaal ook de koeling van de op de motoras geplaatste ventilator afneemt. Dit kan weer opgelost worden door extra koelcapaciteit aan te brengen. Overigens wordt met de frequentieregelaar niet alleen de frequentie maar ook meteen de spanning verhoogd of verlaagd (evenredig met de frequentie). Het werkelijke toerental n wordt mede bepaald door het aantal polen van de statorwikkeling, immers n = f/p waarbij f de netfrequentie is en p het aantal poolparen. In de USA met een netfrequentie van 60 Hz zullen alle Europese motoren dus sneller draaien. Echter de constructie van het blikpakket (statorijzer) in de motor van Europese en Amerikaanse e-motoren is verschillend, de Amerikaanse varianten zijn compacter. Door de hogere netfrequentie is de magnetiseertijd 20% korter dan bij 50 Hz. Daardoor is bij een even sterk magneetveld minder statorijzer nodig. Het polental is uiteraard steeds even (een noordpool kan niet zonder zuidpool). Veel voorkomende (synchrone)toerentallen zijn 3000 toeren per minuut (twee polig), 1500 toeren per minuut (vierpolig), 1000 (zespolig) enz...(op basis van 50 Hz.) Verschillende pooltallen en frequenties geven dus volgende toerentallen voor het draaiveld: Pooltal Poolparen nsync 50 Hz nsync 60 Hz min min min min Wisselstroommotoren

5 min min min min-1 Elektromotoren hebben dus een vast toerental bij 50Hz voedingsspanningfrequentie is het synchroontoerental dus 3000, 1500, 1000 of 750 omw/min. In de aandrijftechniek, wordt het aan te drijven werktuig dus aangedreven met een vast toerental als boven genoemd. Het werktuig verlangt een ander toerental. Wel of niet door het proces vereist of verlangd. Het toerental van de elektromotor kan door de volgende wijze aangepast worden: Door het toerental aan te passen d.m.v. een v-snaar. Op de motor en werktuig wordt een poelie gemonteerd. Door de diameterverhouding tussen motor en werktuig kan het toerental aangepast worden, Door het gebruik te maken van een tandwielkast. De verhouding van de tandwielen bepaalt uiteindelijk het uitgaande toerental de motor kan i.p.v. een wikkeling uitgevoerd worden met twee wikkelingen, b.v. 2-polige wikkeling en een 6 polige wikkeling. Dus de verhouding van het pooltal is dan 1:3. Nadeel is dat meer ruimte in de motor nodig is en dus de motor groter en duurder wordt dan bij een enkele wikkeling. Door het gebruik van een Dahlander-wikkeling. Dit is een wikkeling, die ook twee-toerentallen tot stand brengt, echter alleen mogelijk is met een toerentalverhouding van 1:2. In dit geval is ook een grotere motorbehuizing nodig. Voor de tijd dat er frequentieregelingen bestonden (1980) werd er veel gewerkt met de Dahlandermotor. Dit is een motor met twee poolparen en dus twee snelheden die zich verhouden als 1:2. Hier wordt een speciale wikkeling toegepast die over meerdere poolparen wordt verdeeld. De wikkelingen worden naar buiten gebracht op de klemmenplaat. De nominale toerentallen zijn dus : 3000/1500 ; 1500/750; 750/375 Er is nog een mogelijkheid tot drie toerentallen. In dit geval wordt er naast de Dahlanderwikkeling, nog een derde wikkeling ingevoegd. een frequentieregelaar. Optie 1 en 2 zijn vanaf de begin jaren 80 steeds meer vervangen door de frequentieregelaar. Het principe waarop men werkt is de frequentie aanpassen om de snelheid te regelen: Waarbij nr = Rotorsnelheid dus de snelheid van de motoras, ns = Statorveldsnelheid, deze wordt nu opgedrongen door de frequentieregelaar ; g = De slip (snelheidsverschil tussen stator en rotor om koppel te produceren) ; f1 = De nieuwe frequentie door de frequentieregelaar, p = Aantal poolparen, een constante dus (conventioneel is dit 2, dus bij een 4-polige motor) M.a.w. als de frequentie gewijzigd wordt kan het uitgaande toerental ook gewijzigd worden en dat wel traploos van 10% tot 200% van het nominale toerental, welke in alle voorgaande gevallen niet mogelijk is. Die traploze toerentalregeling wordt gedaan d.m.v. een frequentieregelaar Wisselstroommotoren

6 Dahllandermotor Een Dahlandermotor is een driefasige asynchrone motor met twee toerentallen. Dit wordt gerealiseerd door één of twee poolparen. Dit is een wikkeling, die twee toerentallen tot stand brengt, echter alleen mogelijk is met een toerentalverhouding van 1:2. In dit geval is ook een grotere motorbehuizing nodig. Voor de tijd dat er frequentieregelingen bestonden (1980) werd er veel gewerkt met de Dahlandermotor. Dit is een motor met twee poolparen en dus twee snelheden die zich verhouden als 1:2. Hier wordt een speciale wikkeling toegepast die over meerdere poolparen wordt verdeeld. De wikkelingen worden naar buiten gebracht op de klemmenplaat. De nominale toerentallen zijn dus : 3000/1500 ; 1500/750; 750/375 Er is nog een mogelijkheid tot drie toerentallen. In dit geval wordt er naast de Dahlanderwikkeling, nog een derde wikkeling ingevoegd. Enkel fasig Deze motoren bevatten twee al of niet identieke wikkelingen. Eén wikkeling met een in serie geschakelde condensator wordt gebruikt om een faseverschuiving te veroorzaken wat een draaiveld oplevert. Voor de waarde van deze condensator hanteert men de volgende vuistregel: C=50.P waarbij C uitgedrukt wordt in µf en P uitgedrukt wordt in kilowatt (kw). Ook wordt soms een aanloopwikkeling gebruikt. Deze is meerpolig gewikkeld in de stator en kan door middel van een relais bij het starten worden bijgeschakeld. Als de motor op toeren is schakelt het relais de hulpwikkeling weer af. Asynchrone motoren zijn onder te verdelen in de veel voorkomende kortsluitankermotor (KA-motor) of kooirotormotor, en de sleepringankermotor (SRAmotor) of sleepringrotormotor Wisselstroommotoren

7 Kortsluitankermotor De stator van de kortsluitankermotor bestaat uit een ringvormig gelamelleerd pakket van dynamoblik, waarin aan de binnenzijde groeven zijn uitgespaard. In de groeven zijn drie spoelen aangebracht, die onderling 120º van elkaar verschoven zijn. In de stator wordt het draaiveld opgewekt. De buitenkant van de stator is voorzien van de nodige koelribben voor de warmteafvoer van de interne energieverliezen. De rotor is opgebouwd uit ronde platen van dynamoblik, die aan de omtrek van gaten of gleuven zijn voorzien. In deze gaten worden ongeïsoleerde geleidende staven van koper of aluminium aangebracht die aan de uiteinden worden verbonden kortgesloten - met een geleidende eindring. Omdat de staven en eindringen een kooi vormen, wordt deze rotorconstructie ook wel kooianker genoemd. Bij kleine motoren wordt de rotorkooi vaak via een drukgiettechniek gemaakt uit aluminium. Een kortsluitankermotor waarvan de rotor stilstaat, werkt als een transformator in kortsluittoestand. Het draaiveld van de stator induceert in de rotorstaven een spanning. De rotorkooi vormt een gesloten elektrisch circuit waardoor er stromen gaan lopen in de geleidende rotorstaven. In het magnetische draaiveld ontstaan op deze stroomvoerende staven Lorentzkrachten, die samen een drijvend koppel vormen. Door dit koppel gaat de rotor draaien, en wel met het draaiveld mee. Wanneer de motor belast wordt, zal het toerental afnemen zodat de rotorstaven meer veldlijnen doorsnijden. De spanning, stromen en Lorentzkracht nemen toe zodat de motor een groter koppel kan leveren. Het maximale koppel dat een kortsluitankermotor kan leveren wordt het kipkoppel genoemd. De grootte van de statorstroom wordt bepaald door de grootte van de rotorstroom. Door de lage weerstand van de kortsluitkooi is na het inschakelen van de motor de rotorstroom zeer groot. De stator neemt dan eveneens een grote stroom op uit het net (ca 6 á 8x nominale stroom). Daar tegenover is het aanloopkoppel klein. Een kortsluitankermotor met enkele kooi kan daarom slechts onbelast of met een kleine belasting aanlopen. Voor het aanlopen van grote motoren wordt vaak gebruikt gemaakt van een ster-driehoekschakeling. Sleepringankermotor De stator van de sleepringankermotor bestaat uit een ringvormig gelamelleerd pakket van dynamoblik, waarin aan de binnenzijde groeven zijn uitgespaard. In de groeven zijn drie spoelen aangebracht, die onderling 120º van elkaar verschoven zijn. Een stroom in de statorwikkelingen wekt een magnetisch draaiveld op in de luchtspleet tussen stator en rotor. In de groeven van de tevens gelamelleerde rotor is een driefasige wikkeling van koperdraad aangebracht met evenzoveel polen als de stator. De rotorwikkeling is vast in ster geschakeld en de uiteinden ervan zijn verbonden met sleepringen die geïsoleerd op de rotoras zijn geplaatst. Over deze sleepringen slepen koolborstels die verbonden zijn met drie aansluitklemmen. Op deze klemmen wordt - extern - een driefasige rotoraanzetweerstand aangesloten Wisselstroommotoren

8 Een sleepringankermotor waarvan de rotor stilstaat, werkt als een transformator. Het draaiveld van de stator induceert een spanning in de rotorspoelen, die stromen doen lopen. Als gevolg hiervan ontstaat in wikkelingen lorentzkrachten, die samen een roterend koppel vormen. De stroom in de rotorwikkeling (en dus ook het koppel) wordt bepaald door de totale weerstandsketen van rotorwikkeling en rotoraanzetweerstand. Door het inzetten van de rotoraanzetweerstand wordt direct de rotorstroom beperkt en indirect ook de aanloopstroom in de statorwikkelingen. Door nu de weerstand zo in te stellen, dat in de rotorwikkeling bij stilstand de vollaststroom optreedt dan zal hierbij de rotor gelijk het vollastkoppel ontwikkelen. Naarmate de motor sneller gaat draaien, zal de rotorspanning afnemen en dus ook de stroom door de rotorwikkelingen. Hierna kan de weerstand geleidelijk of in stappen worden verlaagd totdat de borstels volledig doorverbonden zijn. De motor draait dan asynchroon verder als een gewone kortsluitankermotor. synchrone motor Driefasig (inductiemotor, draaistroommotor) De rotor van de synchrone draaistroommotor draait in tegenstelling tot de asynchrone draaistroommotor synchroon met het opgewekte draaiveld in de stator. De synchrone motor wordt het vaakst gebruikt als generator in het stroomnet. De overgang van generator- naar motorbedrijf kan plaatsvinden zonder dat men daar uitwendig veel van zal merken. Elektrische wisselstroom in energiecentrales wordt bijna altijd opgewekt d.m.v. synchrone draaistroomgeneratoren die aangedreven worden door o.a. stoomturbines, gasturbines, dieselmotoren of waterturbines. Groot nadeel van een synchrone motor is dat deze niet zelf aanloopt. Hij moet voor inschakelen op het juiste toerental worden gebracht. Daarom worden driefasige synchrone motoren vooral toegepast bij grote vermogens en dan met name voor het aandrijven van continu lopende machines, zoals pompen en compressoren. Wordt een synchrone motor overbelast dan zal de rotor uit de pas raken en uiteindelijk stil gaan vallen. Met een van de onderstaande mogelijkheden kan men een synchrone motor toch laten aanlopen: Het aanbrengen van een kooianker in de rotor. Door de geïnduceerde stromen zal de motor als een asynchrone draaistroommotor aanlopen. Als de motor nagenoeg synchroon loopt, kan de motor in de pas worden getrokken door de bekrachtigingsspoel met gelijkstroom te voeden. Loopt de motor eenmaal synchroon dan heeft de kooianker geen invloed meer omdat de slip nul is Wisselstroommotoren

9 Een moderne mogelijkheid is het toepassen van vermogenselektronica, en wel in de vorm van een cycloconverter (bijlage 1). Hiermee kan de frequentie opgeregeld worden van bijvoorbeeld 0Hz tot 50Hz. Enkelfasig Bij de éénfase-synchroonmotor wordt, net als bij de synchrone draaistroommotor, het toerental bepaald door de frequentie van het wisselstroomnet en is onafhankelijk van de belasting. Net als bij de éénfase-inductiemotor heeft deze motor maar één spoel die een éénfasenet wordt aangesloten. Bij de éénfase-synchroonmotor bestaat de rotor uit een schijfje van weekijzer, die net als de stator van uitspringende tanden is voorzien. Wanneer het spoeltje van een wisselspanning wordt voorzien, zal deze een wisselend magnetisch veld leveren die de tanden van de rotor in een bepaalde richting magnetiseert. Wanneer de rotor zo snel ronddraait dat bij de nuldoorgang van de stroom de tanden van de rotor tegenover de tandholtjes van de poolschoenen komen, dan worden bij de volgende halve periode de tanden van de rotor en stator in de draairichting naar elkaar toe getrokken. De rotor zal met een constante snelheid door blijven draaien, waarbij hij per periode steeds twee tanden opschuift. Eénfase-synchroonmotoren worden voor kleine vermogens gebruikt daar waar een constant toerental is vereist, zoals uurwerken, schakelklokken, platenspelers, meetinstrumenten en in de regeltechniek met hulpwikkeling, condensator en centrifugaal Voor het opgang brengen van de rotor is bij dit type motor in de stator een hulp- of aanloopwikkeling aangebracht die 90º verschoven is ten opzichte van de hoofdwikkeling. Deze hulpwikkeling heeft minder wikkelingen dan de hoofdwikkeling en is in dun koperdraad gewikkeld. Na het inschakelen vloeit door beide wikkelingen een stroom. Door het verschil in constructie ontstaat een in fase verschoven veld die de motor doet aanlopen. Na het aanlopen wordt de hulpwikkeling uitgeschakeld door middel van een centrifugaalschakelaar, omdat anders de hulpwikkeling te warm wordt. met hulpwikkeling, condensator en thermisch relais Voor het opgang brengen van de rotor is bij dit type motor in de stator een hulp- of aanloopwikkeling aangebracht die 90º verschoven is ten opzichte van de hoofdwikkeling. Deze hulpwikkeling heeft minder wikkelingen dan de hoofdwikkeling en is in dun koperdraad gewikkeld. Na het inschakelen vloeit door beide wikkelingen een stroom. Door het verschil in constructie ontstaat een in fase verschoven veld die de motor doet aanlopen. Na het aanlopen wordt de hulpwikkeling uitgeschakeld door middel van een thermisch relais (bimetaal) of tijdrelais omdat anders de hulpwikkeling te warm wordt Wisselstroommotoren

10 Eénfasemotor met hulpwikkeling en condensator Er wordt een ellipsvormig draaiveld opgewekt door het bijplaatsen van een condensator in serie met de hulpwikkeling. Hierdoor laten we de stroom I2 door deze hulpwikkeling ongeveer 90 voorijlen op de str oom I1 door de hoofdwikkeling. Opmerking: de faseverschuiving tussen I1 en I2 kan ook bekomen worden door het bijschakelen van een smoorspoel of een aangepaste impedantie. Dit draaiveld zal de rotorgeleiders snijden waardoor er inductiespanningen worden opgewekt over de rotorgeleiders. Omdat de rotor een gesloten kring vormt zullen er rotorstromen gaan vloeien. Deze stroomvoerende rotorgeleider bevindt zich in een magnetisch veld, zodat er lorentzkrachten ontstaan op de rotorgeleiders. De som van al deze Lorentzkrachten veroorzaakt het koppel van de motor. Dus: Spanning ==> draaiveld ==> inductiespanning rotor ==> inductiestroom rotor ==> Lorentzkracht ==> koppel ==> motor draait rond De hulpwikkeling die als doel heeft de asynchrone éénfasige motor vanzelf te laten aanlopen, wordt meestal na aanloop afgeschakeld. Bij sommige uitvoeringen blijft de hulpwikkeling met bedrijfscondensator in bedrijf. Hierdoor wordt de arbeidsfactor verbeterd. De aanloopcondensator wordt na aanloop uitgeschakeld door het stroomrelais: bij het starten van de motor sluit het normaal open contact onmiddellijk. Na het aanlopen is de stroom door het minimumstroomrelais zo klein dat het contact opent Het verschil in draaisnelheid tussen de rotor en de stator wordt de slip genoemd. Een asynchrone motor kan niet werken zonder slip. Het is namelijk de slip die de rotorfrequentie bepaalt. Zonder slip is de rotorfrequentie nul. De rotorfrequentie is de draaiveldfrequentie minus het rotortoerental. Er moet stroom (en daarmee veld) worden opgewekt in de rotor om een veld op te wekken tegenwerkend ten opzichte van het statorveld, anders kan de asynchrone motor niet draaien. Als de rotor langzamer draait dan het draaiveld, is de slip positief. Als rotor en draaiveld even snel gaan is de slip 0. Staat de rotor stil, maar is het draaiveld in beweging dan is de slip 1. Als de slip hoger dan 1 is, draait de rotor in tegenovergestelde richting van het draaiveld. Dit heet 'tegenstroomremmen'. Een positieve slip kost elektriciteit: hoe hoger de slip, hoe hoger het stroomverbruik Wisselstroommotoren

11 Volgens de eisen die zijn vastgelegd in de aansluitvoorwaarden van de elektriciteitsbedrijven, moet de arbeidsfactor (cos φ) van een installatie minimaal 0,85 zijn. Deze eis kan in de praktijk niet altijd worden gehaald. Door inductieve belastingen zoals motoren treedt namelijk een faseverschuiving op tussen de stroom I en de spanning U, waardoor er naast het werkelijke vermogen Pw een reactief vermogen Pb ontstaat, dat ook wel het blindvermogen wordt genoemd. De resultante van deze twee vermogens wordt met het schijnbare vermogen Ps aangeduid. Een belangrijke reden waarom er een grens is gesteld, is dat door een lagere waarde dan 0,85 de stroom in de toevoerleidingen toeneemt. Hierdoor stijgt ook de warmteontwikkeling in deze leidingen. Aangezien de warmte-ontwikkeling wordt bepaald door het kwadraat van de stroom I en de weerstand R van de toevoerleiding, geschreven als: Pv = I2. R (watt), wordt door een slechte cos φ onnodig energie gedissipeerd en wordt het materiaal van schakelinstallaties daardoor extra zwaar belast. Bovendien kan door de grootte van de stroom de grens van de toevoerleiding worden bereikt. Eénfasemotor met lage spanning hulpwikkeling en condensator Bij dit type condensatormotor wordt de hulpwikkling gevoed met een verlaagde spanning meestal 50V. In serie met de hulpwikkeling is een aanloopcondensator geplaatst. De werking blijft hetzelfde, alleen is het aanloopkoppel lager. Stappenmotor Een stappenmotor is een borstelloze, synchrone elektromotor, waarvan de hoekverdraaiing nauwkeurig te beheersen is, bijvoorbeeld in stappen van 1,8 graden. De rotor bevat permanente magneten; de stator is opgebouwd uit elektromagneten. De hoge resolutie wordt bereikt door zowel de stator als de rotor van een hoog aantal polen te voorzien, zodanig dat zij geen gemeenschappelijke factor bezitten. Telkens als een wikkeling bekrachtigd wordt, komt een pool in de rotor recht tegenover een pool in de stator te staan, waardoor de rotor een klein stukje draait. Door middel van pulsbreedtemodulatie kan een nog hogere resolutie worden bereikt. De belangrijkste karakteristieke eigenschap van een stappenmotor is het koppel dat hij kan leveren. De motor kan ook koppel leveren als hij stilstaat en kan daarom als standrem fungeren. Net als een synchrone wisselspanningsmotor, wordt de stappenmotor in het ideale geval aangestuurd met zuivere sinusvormige stromen. Hierdoor wordt een vloeiende beweging mogelijk, maar dit is bezwaarlijk voor de besturing; een analoge vermogensschakeling geeft hoge verliezen. In de praktijk wordt vaak een digitale aansturing, die gebruik maakt van pulsbreedtemodulatie, gebruikt. Eenvoudiger besturingen maken slechts 1 puls per stap. Hierbij moet een stroombegrenzer de stroom binnen de perken houden. Unipolaire type De unipolaire stappenmotor bezit 2 wikkelingen met elk een middenaftakking en heeft dus 6 aansluitingen. De middenaftakkingen (common) worden permanent aan één kant van de voedingsspanning aangesloten. In sommige gevallen zijn beide common-aansluitingen samengenomen en heeft de motor 5 aansluitingen. De 4 andere aansluitingen worden door de besturing steeds wel of niet met het andere eind van de spanning verbonden. Op deze wijze worden hoogstens 2 halve Wisselstroommotoren

12 wikkelingen tegelijk bekrachtigd, zodat op enig gegeven moment minstens de helft van de wikkelingen ongebruikt blijft. Daardoor is een compacte bouw niet mogelijk. Het voordeel is echter de relatief eenvoudige besturing; er zijn maar 4 vermogenstransistoren nodig. Met de komst van de hoog-geïntegreerde elektronica is dit echter niet langer een economisch voordeel; dit type motor raakt in onbruik. Bipolaire type De bipolaire stappenmotor bezit 2 wikkelingen zonder middenaftakking en heeft dus 4 aansluitingen. Tegenwoordig is dit het gangbare type. De wikkelingen worden in beide richtingen bekrachtigd en moeten daarom elk in een transistorbrugschakeling geplaatst worden Steinmetz schakeling De steinmetzschakelingen zijn aansluitschakelingen waarbij een driefasige asynchrone motor door middel van een condensator wordt aangesloten op een éénfasige wisselspanning. Wordt bij een driefasen kortsluitankermotor één van de lijndraden onderbroken dan zal de motor, onder invloed van het resulterende magneetveld, gewoon blijven doordraaien. Alleen kan de motor nu niet meer aanlopen vanuit stilstand. Daarom wordt één statorwikkeling als aanloopwikkeling gebruikt, waarbij de extra condensator zorgt voor de vereiste faseverschuiving. Na aanloop kan de condensator eventueel afgeschakeld worden (aanloopcondensator), of in bedrijf blijven (bedrijfscondensator). Door de aansluiting van de condensator op het net te veranderen, zal de motor de andere kant gaan opdraaien. Het voordeel van de steinmetzschakeling is dat een standaard asynchrone draaistroommotor als een éénfase motor verkocht kan worden. Door het asymmetrische veld is het koppel van deze motoren veel kleiner dan wanneer de motor op een driefasennet wordt aangesloten. Hierdoor wordt het toepassingsgebied beperkt tot kleine vermogens. De schakelingen worden voornamelijk toegepast in huishoudelijke apparaten, zoals in wasmachines en compressoren in koelkasten en diepvriezers. De waarde van de condensator wordt bepaald door het vermogen van de motor. Hierbij geldt, dat er 68µF gebruikt wordt per kilowatt bij 220V en 50Hz Wisselstroommotoren

13 Spleetpoolmotor (asynchroon & synchroon) De spleetpoolmotor is een éénfase-inductiemotor die een speciale statorconstructie bezit. De stator heeft naast de hoofdwikkeling twee kortgesloten hulpwikkelingen, aangebracht in een spleetpool van de stator. Spleetpoolmotoren worden voornamelijk gebruikt in continu werkende apparaten die weinig vermogen (tot 125W) vragen, zoals bij het aandrijven van kleine ventilatoren, waterpompen (vaatwassers), in platenspelers, etc De hoofdwikkeling wordt op het elektriciteitsnet aangesloten en wekt onder de hoofdpolen een wisselend magneetveld op. Door de transformator werking tussen de hoofdwikkeling en de hulpwikkeling wordt in de hulpwikkeling een (kortsluit)stroom opgewekt, die in fase verschoven is ten opzichte van de stroom in de hoofdwikkeling. In de spleetpool ontstaat als gevolg van deze kortsluitstroom een naijlend wisselveld. Hierdoor is het gebruik van een condensator niet meer nodig. In de motor ontstaat nu een elliptisch draaiveld dat voldoende is om de motor uit zichzelf te laten aanlopen. (In de richting van de hoofdpool naar de hulppool). De snelheid van deze motor kan eenvoudig geregeld worden door triac gebaseerde snelheidsregelaars. De rotor kan een kortsluitanker (asynchrone motor) of een permanente magneet (synchrone motor) zijn Wisselstroommotoren

14 Bijlages Bijlage 1 : Cycloconverter Een cycloconverter is een directe frequentieregelaar. Hij zet de frequentie van een bepaalde wisselspanning direct om in een andere frequentie, dus zonder deze eerst om te vormen en te bufferen naar een gelijkspanning. De cycloconverter bestaat uit een aantal antiparallel geschakelde thyristorbruggen waarmee één of drie uitgangsfasen worden gegenereerd. Over het algemeen zijn de amplitude en de frequentie van de ingangsspanning in de cycloconverter constant, terwijl de amplitude en de frequentie van de uitgangsspanning variabel is. Om een sinusvorm te bereiken, wordt de aansturinghoek van de thyristoren steeds veranderd. Het in stukken hakken van de spanning veroorzaakt harmonischen op het net. Doordat de aansturinghoek van de thyristoren steeds verandert, zijn deze moeilijk te filteren. Het net vervuilt hierdoor, wat problemen kan geven voor gevoelige elektronica. Een oplossing hiervoor kan een motor-generatorset zijn, waarbij een elektromotor - aangedreven door de vuile spanning - een generator aandrijft. Doordat de spanning hier opnieuw opgewekt wordt ontstaan veel minder hogere harmonischen. Als het verschil tussen de ingangsfrequentie en de uitgangsfrequentie klein is, dan ontstaan subharmonischen. Dit treedt op bij een frequentie die lager ligt dan de uitgangsfrequentie en kan niet gefilterd worden door inductie. Dit beperkt de uitgangsfrequentie ten opzichte van de ingangsfrequentie. Hierdoor zal voor veel toepassingen een indirecte frequentieregelaar gekozen worden. Hierbij wordt van de wisselspanning eerst een gelijkspanning gemaakt. In tegenstelling tot indirecte omvormers zoals normale frequentieregelingen, kan een cycloconverter met thyristoren enkel een lagere frequentie produceren dan de ingangsfrequentie. Deze opstelling wordt zelden gebruikt omwille van de slechte kwaliteit van de opgewekte sinusgolven. Enkel wanneer zeer grote vermogens nodig zijn (enkele tientallen megawatt en meer), ofwel wanneer de lage kostprijs zijn onvolmaaktheden doet vergeten. Daarnaast is er ook een toepassing bij lagere vermogens, zoals lichtdimmers, zuigkrachtregelingen in stofzuigers, toerentalregeling van boormachines (niet bij accu-boormachines) en discolichtsturingen, die gebruik maakt van triacs. Bijlage 2: Lorentzkracht In de natuurkunde is de lorentzkracht de kracht die wordt uitgeoefend op een geladen deeltje in een elektromagnetisch veld. Om de richting van de lorentzkracht te bepalen geldt de linkerhandregel. Houdt men de gestrekte linkerhand zo, dat de veldlijnen langs de palm intreden en dat de Wisselstroommotoren

15 vingertoppen gericht zijn volgens de stroomzin, dan wijst de gestrekte duim de zin aan van de beweegkracht. Men draait eenvoudig een kurkentrekker van naar. De kurkentrekker gaat dan vooruit de fles in. Dit is de richting van. We zien dus dat een positief geladen deeltje in dezelfde richting als het elektrisch veld (E) versneld zal worden door de term, maar loodrecht zal afbuigen ten opzichte van het magnetisch veld (B) volgens de kurkentrekkerregel door de term. Als je een draad in een magnetisch veld plaatst, ondervindt deze draad ook een lorentzkracht( of soms ook wel Laplacekracht genoemd). Deze hangt af van de sterkte van het magnetisch veld waarin het zich bevindt, de stroomsterkte in de stroomdraad en de lengte van de draad. De formule luidt dan in vectorvorm: met B in Tesla, I in Ampère, l in meter Voor de grootte van de kracht geldt met de hoek tussen I en B. Als zich meerdere windingen binnen het magnetisch veld bevinden, wordt de kracht er evenredig mee vermenigvuldigd. met n het aantal windingen. Voor de grootte van de kracht geldt Onder andere met de derde rechterhandregel, kan men de richting van deze kracht bepalen. Deze luidt als volgt: met de duim de richting van de stroom en met de vier overige vingers de richting van het magnetisch veld. Je handpalm vertelt je dan de richting (zie afbeelding hieronder). Of weer eenvoudigweg: men draait een kurkentrekker van naar. De kurkentrekker gaat dan vooruit de fles in. Dit is de richting van. Bijlage 3: Wet van Lenz De wet van Lenz is een bijzonder geval van de wet van Faraday en stelt dat iedere magnetische fluxverandering wordt tegengewerkt door een geïnduceerde elektrische spanning volgens hierin is Uind de opgewekte elektrische spanning in volt, Φ de magnetische flux in Weber, N het aantal windingen van de spoel, t de tijd in seconden Wisselstroommotoren